Lei de pedidos de ação em massa, exemplos

O lei de ação em massa estabelece a relação entre as massas ativas dos reagentes e dos produtos, em condições de equilíbrio e em sistemas homogêneos (soluções ou fases gasosas). Foi formulado pelos cientistas noruegueses C.M. Guldberg e P. Waage, que reconheceram que o equilíbrio é dinâmico e não estático.

Por que dinâmico? Porque as velocidades das reações direta e reversa são as mesmas. Massas ativas são geralmente expressas em mol / L (molaridade). Uma reação desse tipo pode ser escrita da seguinte maneira: aA + bB <=> cC + dD. Para o equilíbrio citado neste exemplo, a relação entre reagentes e produtos é ilustrada na equação da imagem inferior.

K é sempre constante, independentemente das concentrações iniciais das substâncias, desde que a temperatura não se altere. Aqui A, B, C e D são os reagentes e produtos; enquanto a, b, ced são seus coeficientes estequiométricos.

O valor numérico de K é uma constante característica para cada reação a uma determinada temperatura. Então, K é o que é chamado de constante de equilíbrio.

A notação [] significa que, na expressão matemática, as concentrações aparecem em unidades de mol / L, elevadas a uma potência igual ao coeficiente de reação.

Índice

• 1 Qual é a lei da ação de massa?
  • 1.1 Significado da constante de equilíbrio
• 2 Equilíbrio químico
  • 2.1 Equilíbrio em sistemas heterogêneos
  • 2.2 Offsets of equilibrium
• 3 Princípio de Le Chatelier
• 4 aplicações
• 5 Exemplos da lei da ação de massa
• 6 A lei de ação de massa em farmacologia
• 7 Limitações
• 8 referências

Qual é a lei da ação de massa?

Como mencionado anteriormente, a lei de ação em massa expressa que a velocidade de uma dada reação tem uma proporcionalidade direta com o produto das concentrações das espécies reagentes, onde a concentração de cada espécie é elevada a uma potência igual ao seu coeficiente. estequiométrico na equação química.

Nesse sentido, pode ser melhor explicado por ter uma reação reversível, cuja equação geral é ilustrada abaixo:

aA + bB ↔ cC + dD

Onde A e B representam os reagentes e as substâncias designadas C e D representam os produtos da reação. Além disso, os valores de a, b, ced representam os coeficientes estequiométricos de A, B, C e D, respectivamente.

A partir da equação anterior, obtemos a constante de equilíbrio anteriormente mencionada, que é ilustrada como:

K = [C]^c[D]^d/ [A]^um[B]^b

Onde a constante de equilíbrio K é igual a um quociente, no qual o numerador é formado pela multiplicação das concentrações dos produtos (em equilíbrio) alta pelo seu coeficiente na equação balanceada e o denominador consiste em uma multiplicação similar mas entre os reagentes elevados ao coeficiente que os acompanha.

Significado da constante de equilíbrio

Deve-se notar que na equação para calcular a constante de equilíbrio, as concentrações das espécies em equilíbrio devem ser utilizadas, desde que não haja modificações para estas ou para a temperatura do sistema.

Da mesma forma, o valor da constante de equilíbrio fornece informações sobre o sentido que é favorecido em uma reação em equilíbrio, isto é, revela se a reação é favorável aos reagentes ou aos produtos.

Caso a magnitude desta constante seja muito maior que a unidade (K "1), o equilíbrio será inclinado para a direita e favorecerá os produtos, enquanto que se a magnitude dessa constante for muito menor que a unidade (K "1), a balança será inclinada para a esquerda e favorecerá os reagentes.

Além disso, embora por convenção seja indicado que as substâncias do lado esquerdo da seta são os reagentes e as do lado direito são os produtos, pode ser um pouco confuso que os reagentes que vêm da reação em sentido direto são os produtos da reação na direção oposta e vice-versa.

Equilíbrio químico

Muitas vezes as reações alcançam um equilíbrio entre as quantidades de substâncias iniciais e aquelas dos produtos que são formados. Este equilíbrio pode adicionalmente ser deslocado, favorecendo o aumento ou diminuição de uma das substâncias que participam da reação.

Ocorre um evento análogo na dissociação de uma substância dissolvida: durante uma reação, o desaparecimento das substâncias iniciais e a formação dos produtos com velocidade variável podem ser observadas experimentalmente.

A velocidade de uma reação depende em grande parte da temperatura e em graus variados da concentração dos reagentes. De fato, esses fatores são estudados especialmente pela cinética química.

No entanto, esse equilíbrio não é estático, mas vem da coexistência de uma reação direta e inversa.

Na reação direta (->) os produtos são formados, enquanto na reação reversa (<-) originam as substâncias iniciais.

O acima constitui o que é conhecido como equilíbrio dinâmico, mencionado acima.

Equilíbrio em sistemas heterogêneos

Em sistemas heterogêneos - isto é, naqueles formados por várias fases - as concentrações de sólidos podem ser consideradas constantes, omitindo a expressão matemática para K.

CaCO₃(s) <=> CaO (s) + CO₂g)

Assim, no equilíbrio de decomposição do carbonato de cálcio, a sua concentração e a do óxido resultante podem ser consideradas constantes, independentemente da sua massa.

Mudanças de equilíbrio

O valor numérico da constante de equilíbrio determina se uma reação favorece a formação de produtos ou não. Quando K é maior que 1, o sistema em equilíbrio terá uma concentração maior de produtos do que de reagentes, e se K for menor que 1, ocorre o oposto: em equilíbrio, haverá uma maior concentração de reagentes do que de produtos.

Início do Le Chatelier

A influência de variações na concentração, temperatura e pressão pode alterar a velocidade de uma reação.

Por exemplo, se em uma reação produtos gasosos são formados, um aumento na pressão no sistema faz com que a reação prossiga na direção oposta (em direção aos reagentes).

Em geral, as reações inorgânicas que são realizadas entre os íons são muito rápidas, enquanto as orgânicas têm velocidades muito mais baixas.

Se uma reação produz calor, um aumento na temperatura externa tende a orientá-la na direção oposta, já que a reação inversa é endotérmica (absorve calor).

Da mesma forma, se um excesso é causado em um dos reagentes dentro de um sistema em equilíbrio, as outras substâncias formarão produtos para neutralizar essa modificação tanto quanto possível.

Como resultado, o equilíbrio se move favorecendo de um modo ou de outro, aumentando a taxa de reação, de modo que o valor de K permanece constante.

Todas essas influências externas e a resposta de equilíbrio para neutralizá-las é o que é conhecido como o princípio de Le Chatelier.

Aplicações

Apesar de sua enorme utilidade, quando esta lei foi proposta, não teve o impacto ou a relevância desejados na comunidade científica.

No entanto, a partir do século XX foi ganhando notoriedade graças aos cientistas britânicos William Esson e Vernon Harcourt retomar várias décadas após a sua promulgação.

A lei da ação em massa teve muitas aplicações ao longo do tempo, razão pela qual algumas são indicadas abaixo:

• Quando formulado em termos de atividades em vez de concentrações, é útil determinar os desvios do comportamento ideal dos reagentes em uma solução, desde que seja consistente com a termodinâmica.
• Quando uma reação se aproxima do estado de equilíbrio, a relação entre a taxa de reação da rede e a energia livre instantânea de Gibbs de uma reação pode ser prevista.
• Quando combinada com o princípio do equilíbrio detalhado, em termos gerais esta lei prevê os valores resultantes, de acordo com a termodinâmica, das atividades e da constante no estado de equilíbrio, bem como a relação entre estas e as constantes de velocidade resultantes. as reações no sentido direto como na direção oposta.
• Quando as reações são do tipo elementar, ao aplicar esta lei, obtém-se a equação de equilíbrio adequada para uma determinada reação química e as expressões de sua velocidade.

Exemplos da lei de ação em massa

- Ao estudar uma reação irreversível entre os íons que estão em solução, a expressão geral desta lei leva à formulação de Brönsted-Bjerrum, que estabelece a relação existente entre a força iônica da espécie e a velocidade constante. .

- Ao analisar as reações que são realizadas em soluções ideais diluídas ou em um estado de agregação gasosa, a expressão geral da lei original (década de 80) é obtida.

-Como tem características universais, a expressão geral desta lei pode ser usada como parte da cinética em vez de vê-la como parte da termodinâmica.

Quando usada em eletrônica, esta lei é usada para determinar que a multiplicação entre as densidades dos buracos e elétrons de uma dada superfície tem uma magnitude constante no estado estacionário, mesmo independentemente do doping que é fornecido ao material. .

-O uso desta lei é amplamente conhecido por descrever a dinâmica existente entre predadores e presas, assumindo que a relação de predação na presa apresenta uma certa proporção com a relação entre predadores e presas.

- No campo dos estudos em saúde, esta lei pode até mesmo ser aplicada para descrever certos fatores do comportamento humano, do ponto de vista político e social.

A lei de ação de massa em farmacologia

Assumindo que D é o fármaco e R o receptor em que atua, ambos reagem para originar o complexo DR, responsável pelo efeito farmacológico:

K = [DR] / [D] [R]

K é a constante de dissociação.Há uma reação direta em que a droga atua no receptor e outra onde o complexo DR dissocia-se nos compostos originais. Cada reação tem sua própria velocidade, igualando-se apenas em equilíbrio, satisfazendo-se K.

Interpretando a lei de massa literalmente, quanto maior a concentração de D, maior a concentração do complexo DR formado.

No entanto, o total de receptores Rt tem um limite físico, portanto, não há uma quantidade ilimitada de R para todos os D. disponíveis. Além disso, experimentalmente no campo da farmacologia descobriram as seguintes limitações à lei das massas neste campo:

- Suponha que o link R-D seja reversível, quando na maioria dos casos não é.

- A ligação RD pode estruturalmente alterar um dos dois componentes (o fármaco ou o receptor), uma circunstância que não considera a lei de massa.

- Além disso, a lei de massa empalidece antes das reações onde múltiplos intermediários intervêm na formação do DR.

Limitações

A lei da ação de massa assume que toda reação química é elementar; em outras palavras, que a molecularidade é a mesma que a ordem de reação respectiva para cada espécie envolvida.

Aqui, os coeficientes estequiométricos a, b, c e d são considerados como o número de moléculas que intervêm no mecanismo de reação. No entanto, em uma reação global, eles não coincidem necessariamente com sua ordem.

Por exemplo, para a reação aA + bB <=> cC + dD:

A expressão da velocidade para reações diretas e inversas é:

k₁= [A]^um[B]^b

k₂= [C]^c[D]^d

Isso só se aplica a reações elementares, pois para reações globais, embora os coeficientes estequiométricos estejam corretos, nem sempre são ordens de reação. Para o caso de reação direta, o último poderia ser:

k₁= [A]^w[B]^z

Na referida expressão, w e z seriam as verdadeiras ordens de reação para as espécies A e B.

Referências

1. Jeffrey Aronson. (19 de novembro de 2015). As Leis da Vida: A Lei de Ação de Massa de Guldberg e Waage. Retirado em 10 de maio de 2018, de: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018) Lei da ação de massa. Retirado em 10 de maio de 2018, de: sciencehq.com
3. askiitans. (2018) Lei de Ação de Massa e Constante de Equilíbrio. Retirado em 10 de maio de 2018, de: askiitians.com
4. Enciclopédia de Salvat de Ciências. (1968). Química Volume 9, Salvat S.A. das edições Pamplona, ​​Espanha. P 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Química Física Em Termodinâmica e Equilíbrio Químico. (Quarta ed.). Longmans P 169
6. Alex Yartsev (2018) A Lei de Ação em Massa na Farmacodinâmica. Retirado em 10 de maio de 2018, de: derangedphysiology.com